Файловые системы основные типы характеристики. Файловая система. Что это? Файловая структура логического диска

Для того чтобы понять, по каким принципам функционируют компьютерные системы, недостаточно просто взаимодействовать с «операционкой» на визуальном уровне. Для полного понимания всего происходящего следует четко себе представлять, что такое файл и файловая структура. При рассмотрении данной темы будет указано, зачем это нужно.

и файловой структуры

Для начала нужно определиться с самыми главными терминами и понятиями. Ключевым здесь является понятие файла, которое и определяет механизмы работы системы в программном плане.

Итак, файл - это объект, содержащий определенную информацию. Чтобы понять, данных, файловые структуры и их взаимодействие, лучше привести пример из жизни, скажем, сравнить эти понятия с обычной книгой.

Каждый знает, что практически в любой книге можно встретить обложку, страницы, оглавление, главы и разделы. Для простейшего понимания, обложка - это вся файловая система в совокупности, страницы - папки (директории), в которых хранятся отдельные файлы, оглавление - файловый менеджер, главы и разделы - файлы, содержащие конкретную информацию.

Как правило (не всегда, правда), обозначение объекта, называемого файлом, состоит из двух частей: имени и расширения. Собственно, имя может быть абсолютно произвольным и задаваться на разных языках. Расширение - это специальное обозначение из трех и более латинских литер, которое указывает на Проще говоря, по расширению можно понять, какой программе сопоставлен файл, является ли он системным и т. д.

Открытие файла по умолчанию в любой операционной системе производится двойным кликом мыши. Однако не факт, что все можно открыть таким способом. Простейший пример: исполняемые файлы в Windows, имеющие расширение.exe, так запустить можно, а вот те же динамические библиотеки, в расширении обозначаемые как.dll, хоть и содержат исполняемые коды, тем не менее, таким способом не открываются. Связано это только с тем, что обращение к их содержимому производится посредством других программных компонентов, или вызов кода осуществляется специализированными компонентами самой операционной системы. Но это самый простой пример.

Файлы (объекты), не соответствующие ни ни какой-либо программе, открыть будет не так просто. Грубо говоря, ни одна «операционка» не поймет, какое именно средство для открытия нужно запустить. В лучшем случае будет предложено выбрать соответствующую программу самому из предоставляемого списка вероятных решений.

Файлы и файловая структура: информатика на заре развития компьютерных технологий

Теперь посмотрим, что собой представляли информационные технологии, когда только появились Считается, что основной системой, используемой в то время, была примитивная по нынешним временам DOS, в которой для доступа к функциям нужно было вводить специализированные команды.

С появлением уникального детища Norton Commander такая необходимость не то чтобы отпала (некоторые команды все равно прописывать было нужно), а, скорее, уменьшилась. Именно этот файловый менеджер, исходя из нашего примера, и можно назвать оглавлением, поскольку все данные, хранящиеся на жестком диске или внешнем носителе, были четко структурированы.

Файлы и папки

Как уже понятно, в любой системе существует несколько основных видов объектов. Файл и файловая структура, кроме основного элемента (файла), неотделимы от понятия папки. Иногда данный термин обозначается как «каталог» или «директория». По сути, это раздел, в котором хранятся отдельные компоненты.

В принципе, не говоря о книжных страницах, наиболее четко понятие папки можно выразить, если посмотреть на какой-нибудь комод с множеством ящиков, в которых что-то лежит. Вот это «что-то» и есть файлы, а ящики - директории.

Простейшие примеры поиска файлов

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод насчет быстрого поиска информации. В любой ныне существующей «операционке» имеются средства для этой цели. В том же файловом менеджере (к примеру, «Проводник» Windows), в специальном поле, достаточно ввести хотя бы часть названия файла, после чего система выдаст все объекты, содержащие введенную строку.

Однако для более точного поиска иногда нужно знать, где именно располагается искомый файл. Грубо говоря, необходимо выбрать определенный ящик в комоде, где находится нужный нам предмет. Сам поиск производится при помощи стандартного средства в файловом менеджере, но можно использовать и сочетание вроде Ctrl + F, которое вызывает поисковую строку.

Что такое файловая система?

Файлы и файловые структуры нельзя представить себе без понимания файловой системы. Заметьте, файловая структура и файловая система - не одно и то же. Структура - это основной вид упорядочивания файлов, если хотите, систематизации данных, а вот файловая система - метод, определяющий работу структуры. Иными словами, это принцип обработки данных в плане их размещения на жестком диске или любом другом носителе информации.

Сегодня файловых систем можно найти достаточно много. К примеру, наиболее известными для Windows с момента развития компьютерной техники стали системы FAT с архитектурой 8, 16, 32 и 64 бита, NTFS и ReFS. Файловая система, структура файла, способ упорядочивания тесно связаны между собой. Но теперь несколько слов о самих системах.

Не говоря о технических подробностях, следует отметить, что основное различие между ними состоит только в том, что FAT имеет больший для хранения и ускоренного доступа к файлам небольшого объема, а NTFS и ReFS оптимизированы для больших массивов данных и быстрого доступа к ним на максимальной скорости считывания информации с жесткого диска.

Операции с файлами

Теперь посмотрим с другой стороны на то, что представляет собой Операции с файлами, которые предусмотрены в любой «операционке», в общем-то, особо и не различаются.

Среди основных выделяют создание файла, открытие, просмотр, редактирование, сохранение, переименование, копирование, перемещение, удаление и т. д. Такие действия являются стандартными для всех существующих систем. Однако есть и некоторые специфичные функции.

Архивация данных

Среди специфичных функций в первую очередь можно выделить сжатие файлов и папок, называемое архивацией, а также обратный процесс - извлечение данных из архива. На момент разработки системы DOS создание архивных типов данных в основном сводилось к использованию стандарта ARJ.

Но с появлением технологий ZIP-архивирования такие процессы получили новое развитие. Впоследствии был создан и универсальный архиватор RAR. Эти технологии сейчас представлены в любой «операционке» даже без необходимости устанавливать дополнительное ПО. Файловая структура ОС операции с файлами в этом ракурсе трактуется как виртуальносжатие. По сути, технологии сжатия просто дают системе указание на то, чтобы она определяла не искомый размер, а меньший. Сам информационный объем файла или папки при архивации не меняется.

Управление отображением объектов

Понятия «файловая структура», «структура файла» и т. д. следует рассматривать еще и с точки зрения возможности видения самих объектов. Не секрет, что практически все пользователи современных ПК сталкивались с термином «скрытые файлы и папки».

Что это такое? Означает это только то, что в системе установлено ограничение на отображение некоторых объектов (например, системных файлов и папок, чтобы пользователь их случайно не удалил). То есть в физическом плане они с жесткого диска никуда не деваются, просто файловый менеджер их не видит.

Чтобы отобразить все скрытые объекты, в том же «Проводнике» следует использовать меню «Вид», где на соответствующей вкладке ставится галочка в строке отображения всех и файлов. После включения такого вида объекты будут иметь полупрозрачные иконки.

С поиском скрытых объектов тоже могут возникнуть трудности. При вводе имени файла или его расширения даже с указанием конкретного местоположения при отключенном отображении таких объектов результата не будет (система ведь не видит их). Для того чтобы их найти, нужно в начале и в конце имени корневой папки вводить символ %. Например, для поиска директории AppData, которая является скрытой и располагается в локальной папке настроек конкретного пользователя, следует использовать строку поиска %USERPROFILE%\AppData. Только в этом случае файл и файловая структура в целом получат ключ к взаимосвязи.

Заключение

Вот кратко и все, что касается понимания основных терминов. В принципе, понять, что такое файл и файловая структура, на элементарных примерах не так уж и сложно. Напоследок, если хотите, можно определить эти термины как кирпичи и стену, из которых она складывается. Кирпич - это файл, стена - файловая структура, где каждый кирпичик занимает строго определенное, положенное только ему место.

Специально не рассматривались некоторые технические аспекты или классические определения, принятые в программировании и компьютерных технологиях, чтобы читателю материал был понятен на элементарном уровне.

Структура компьютера (ФС)? Такие машины есть практически в каждой крупной компании, не говоря уже о рядовых потребителях. Сегодня у каждой третьей или даже второй семьи точно есть такая техника, причем даже не в одном экземпляре.

Пожалуй, молодое поколение может догадываться, о чем собственно идет речь. Но люди постарше, молодость которых проходила в окружении другой техники, могут не знать. А между тем интерес к компьютерам стали проявлять и они.

Определение файла

Работой любого компьютера руководит операционная система, без которой невозможно его использовать по прямому предназначению. Для понимания того, что представляет собой ФС, необходимо вникнуть в суть другого термина - файла. С английского слово file переводится как "папка" и означает именованную область данных диска либо любого другого носителя информации. Также можно дать и такое определение файла: это - последовательность определенного количества байтов, причем его длина произвольная.

Как понять файловую структуру персонального компьютера наиболее адекватно, и о каких данных идет речь? Обычно любая хранимая или обрабатываемая информация - это:

• электронные документы;
• изображения;
• программное обеспечение;
• музыкальные композиции;
• видеоконтент и прочее.

Однако всю эту информацию необходимо как-то упорядочить, что делается для удобства в отношении пользователя. Но это относится не только к файлам. К примеру, все мы храним обувь в отдельности от одежды. То же самое применимо и к продуктам, ведь никто не хранит обувь рядом с ними?! Поэтому мы прибегаем к двум проверенным способам:

• сортировка;
• группировка.

Что касается файлов, то здесь используется 2 способ. За что и отвечает операционная система. Но действует она посредством файловой системы или структуры.

Что понимать под файловой системой?

По сути, файловая система является частью операционной системы. Именно благодаря ей есть возможность проводить различные операции с цифровой информацией: давать имена файлам или менять их название, а также удалять их, перемещать и совершать прочие действия. В этом как раз и заключается суть того, что такое файловая структура компьютера. Ответ на этот вопрос вы найдете далее.

Иногда из-за какого-то программного сбоя информация может быть утеряна, и тогда данный ресурс позволяет восстановить ее. Проще говоря, файловая структура или скорее система выступает в качестве основного инструмента для работы с цифровыми данными.

Для группировки файлов создаются так называемые каталоги, которые по-простому именуются как папки. Это своего рода контейнеры, внутри которых размещена вся хранимая информация и другие каталоги. Они создаются посредством самой файловой системы.

Если необходимо проделать какое-либо действие над файлом (открыть, переместить и так далее), то операционная система обращается как раз к файловой системе. Именно последняя и производит необходимые манипуляции. Теперь можно сформировать более понятное определение файловой системы. Это - организационный процесс хранения данных на каком-нибудь носителе.

Однако при покупке нового жесткого диска на него нельзя сразу же записать какую-нибудь информацию. Дело в том, что там отсутствует сама структура файловой системы компьютера, она создается только после процесса форматирования. К слову сказать, если на носителе уже присутствуют файлы, то данная процедура удаляет все полностью, поэтому нужно быть внимательным.

Функциональность ФС

Файловая система выполняет несколько полезных функций:

• Может определить месторасположение файла, а также его имя, формат, размер и параметры.
• Определение порядка хранения информации на носителе.
• Хранение служебной информации (дефектные области диска).
• Определение количества файлов в каталоге.
• Определяет максимальную длину для имен файлов и каталогов.
• Организация устойчивости системы к вероятным сбоям в питании, а также аппаратным и программным ошибкам.
• Определение безопасности хранения данных и осуществление быстрого доступа к ним.

А так как для хранения информации используются преимущественно жесткие диски, то организационный порядок определяется как раз в отношении их разделов (томов).

Иерархия

Файловая структура компьютера имеет вид дерева. Внимательный пользователь может заметить, что вся хранимая информация на компьютере, а именно на жестком диске, напоминает иерархическую структуру.

То есть внутри одного каталога может быть другой, внутри которого, в свою очередь, еще один и так далее. Все это позволяет организовать рабочий порядок, и пользователи знают, что и где находится.

Те каталоги, которые размещены внутри других - это, по сути, те же самые папки, которым можно также назначить имена. Только у них не записываются последние три (или более) буквы. Обычно это характерно для файлов, и такое расширение имени определяет их тип. Папка же вмещает в себя данные самого разного типа, а поэтому нет необходимости в ее расширении имени.

Конечно, это сделать никто не запретит, но здесь не будет никакого смысла. Кроме того, папка со значением exe, к примеру, "Фильмы.exe" в большинстве случаев указывает на присутствие вируса - в этом случае не рекомендуется открывать ее.

Атрибуты файлов

Для облегчения работы с файловой структурой персонального компьютера предусмотрены специальные параметры, называемые атрибутами. То есть это - положжения, которые определяют правила просмотра или редактирования данных. В зависимости от этого существует 4 типа основных атрибутов:

• Read only - только для чтения (R).
• System - системный (S).
• Hidden - скрытый (H).
• Archive - архивный (A).

Параметр R - его смысл можно понять из его русского названия. То есть это относится к режиму редактирования: если у файла активирован такой атрибут, то попытки изменить его не увенчаются успехом. Также его невозможно уничтожить. Поэтому данный параметр актуален для локальных сетей, где доступ к данным есть у большинства пользователей в пределах этой сети.

Атрибут S указывает на принадлежность файлов к операционной системе, и их наличие необходимо для стабильной работы. В связи с этим, при попытке удалить или переместить такие данные (что нежелательно), система задаст вопрос, действительно ли пользователь желает выполнить операцию. Тем не менее, некоторые вирусы способны маскироваться таким образом, что плохо сказывается на файловой структуре для хранения информации в компьютере.

Параметр H при активации скрывает файлы с виду. Это актуально для наиболее важных системных данных, которые можно удалить случайно.

Атрибут A указывает, что файл сжат.

Разновидности файловой системы

Существует несколько типов файловых систем, между которыми рядовой пользователь не найдет видимых различий. А между тем каждой разновидности присущи свои характеристики. Файловые системы подразделяются в зависимости от предназначения:

• для жестких дисков;
• для магнитных носителей;
• для оптических носителей;
• для виртуальной среды;
• сетевые.

Наибольшее распространение получили следующие файловые системы:

• EXFAT.
• NTFS.

Среди них есть те, что уже устарели, а другие еще используются. При этом у каждого типа есть свои преимущества и недостатки. Стоит рассмотреть их чуть более подробно.

EFS

Полностью звучит так: Encrypting File System. Данная файловая структура операционной системы персонального компьютера наиболее предпочтительна в силу того, что все данные располагаются в зашифрованном виде. Благодаря этому этот тип широко распространен и работает с операционными системами всего семейства Windows.

Шифрование задается просто. Для этого нужно зайти в свойства файла, нажать на кнопку «Другие», найти пункт «Шифровать содержимое для защиты данных» и поставить рядом галочку. После этого нажать «Приметить» и «ОК». Помимо этого, можно указать кому разрешен доступ к зашифрованному файлу.

Universal Disk Format или UDF

Данная файловая система предназначена для носителей информации, в частности оптических дисков. Поддерживается операционной системой Windows XP и старше. Имеет свои особенности: длина имени файлов не превышает 255 символов (ASCII-кодировка) или 127 (Unicode-кодировка).

Что касается регистра, то он может быть как нижним, так и верхним. При этом максимальная длина пути составляет 1023 символа.

EXFAT

Что такое файловая структура компьютера EXFAT? Преимущественно она используется для переносных накопителей информации (флешки). Это своего рода посредник между Windows и Linux, который ответственен за преобразование файлов из одной системы в другую. В Windows Vista и Windows 7 можно отформатировать накопители посредством стандартного инструмента.

EXT

Данная файловая система разрабатывалась специально для тех операционных систем, которые основаны на ядре Linux. Первые разработки были представлены на суд пользователей в 1992 году. На сегодняшний день уже имеется несколько версий:

• ext2;
• ext3;
• ext3cow;
• ext4.

Последняя система является самой усовершенствованной и новой, а потому и актуальной. Современные дистрибутивы Linux как раз используют ext4. Понять, что такое файловая структура компьютера, можно и на примере прочих, более известных систем, о которых речь пойдет ниже.

FAT

Теперь подошла очередь для узнаваемых систем, среди которых FAT. Система была создана в конце прошлого столетия, а за ее разработку ответственны Билл Гейтс и Марк МакДональд. В силу своей простоты она используется во многих флеш-накопителях и в настоящее время.

Существуют несколько ее разновидностей:

• FAT12.
• FAT16.
• FAT32.

Между собой они отличаются разрядностью, то есть количеством бит, которое отводится для хранения одного кластера. Соответственно чем выше разрядность, тем больший объем может поддерживать система FAT. Самая первая ее версия поддерживала небольшой объем данных по современным меркам - всего лишь 2 Гб. Соответственно, для разделов или дисков с большим объемом она не подходит, а потому быстро устарела.

В отношении же FAT32 речь идет уже о 127 гигабайтах, в чем ее максимальный размер для диска. И в настоящее время в большинстве случаев как раз она и используется.

NTFS

Что такое файловая структура компьютера NTFS? Эта самая популярная на сегодня система, которую начала разрабатывать компания Microsoft, известная нам по серии операционных систем Windows. Главное ее качество заключается в том, что в случае произошедшего сбоя операционной системы, все данные будут сохранены, поскольку подобная разновидность способна самовосстанавливаться.

Также есть и другая особенность - ее структура представлена в виде определенной таблицы. Первые 16 данных в реестре - это сама файловая система. Каждый байт - это тоже своего рода таблица, где содержится зеркальный файл с расширением MFT, а также данные регистрации, которые понадобятся в случае восстановлении информации. Помимо них, здесь есть и сведения касательно самого файла с его данными, который был сохранен на жестком диске.

Впервые система NTFS была представлена в 1993 году одновременно с выходом Windows NT 3.1. Если сравнивать с другой разновидностью - FAT, то здесь можно найти немалое количество улучшений. К примеру, теперь практически нет ограничений в отношении размеров жесткого диска или его разделов. Также стали поддерживаться некоторые полезные функции: жесткие ссылки, шифрование, сжатие.

В заключение

Теперь, зная определение, что такое файловая структура компьютера, любой пользователь сможет выбрать для себя подходящий вариант, который его больше устроит. Каждая из описанных систем обладает своими особенностями, что и определило для некоторых из них дальнейшую судьбу.

Какие-то уже больше не используются. Связано это главным образом, с тем, что объем данных постоянно увеличивается. И если ранее вполне хватало 80-100 Гб, то теперь это мизерное количество. Сейчас счет ведется уже на терабайты.

Классификация, структура, характеристики файловых систем!!!

1.Понятие, структура и работа файловой системы.

Файловая система - совокупность (порядок, структура и содержание) организации хранения данных на носителях информации, которая непосредственно представляет доступ к хранимым данным, на бытовом уровне это совокупность всех файлов и папок на диске. Основными "единицами" файловой системы принято считать кластер, файл, каталог, раздел, том, диск.
Совокупность нулей и единиц на носителе информации составляют кластера (минимальный размер места для хранения информации, также их принято называть понятием сектор, размер их кратен 512 байтам).
Файлы - поименованная совокупность байтов, разделенная на сектора. В зависимости от файловой системы, файл может обладать различным набором свойств. Для удобства в работе с файлами используются их (символьные идентификаторы) имена.
Для организации строения файловой системы файлы группируются в каталоги .
Раздел - область диска созданная при его разметке и содержащая один или несколько отформатированных томов.
Том - область раздела с файловой системой, таблицей файлов и областью данных. Один или несколько разделов составляют диск .
Вся информация о файлах хранится в особой области раздела - таблице файлов. Таблица файлов позволяет ассоциировать числовые идентификаторы файлов и дополнительную информацию о них (дата изменения, права доступа, имя и т. д.) с непосредственным содержимым файла, хранящимся в другой области раздела.

MBR (Master Boot Record) специальная область расположенная в начале диска - содержащая необходимую для BIOS информацию для загрузки операционной системы с жесткого диска.
Таблица разделов (partition table) также расположена в начале диска, ее задача - хранить информацию о разделах: начало, длина, загрузка. На загрузочном разделе расположен загрузочный сектор (boot sector), хранящий программу загрузки операционной системы.

Отсчет начинается от MBR (от сектора с номером 0) для всех основных (primary) разделов, как для обычных, так и для расширенного, и только для основных.
Все обычные логические (not extended logical) разделы задаются сдвигом относительно начала того расширенного раздела, в котором они описаны.
Все расширенные логические (extended logical) разделы задаются сдвигом относительно начала основного расширенного раздела (extended primary).

Процесс загрузки операционной системы выглядит следующим образом:
При включении компьютера управление процессором получает BIOS ,идет загрузка (boot) с винчестера, подгружается в оперативную память компьютера первый сектор диска (MBR) и передается ему управление).

В MBR может быть записан как "стандартный" загрузчик,

так и загрузчики типа LILO/GRUB.

Стандартный загрузчик находит в таблице основных разделов первый раздел с флагом bootable (загрузочный), считывает его первый сектор (boot-сектор) и передает управление коду, записанному в этом boot-секторе. Если вместо стандартного загрузчика MBR стоит другой, то он не смотрит на флаг bootable, может загружать с любого раздела (прописанных в его настройках).

Например для загрузки операционной системы Windows NT/2k/XP/2003 в boot-секторе записывается код, загружающий с текущего раздела в память основной загрузчик (ntloader).
Для каждой файловой системы FAT16/FAT32/NTFS используется свой загрузчик. В корне раздела обязательно должен присутствовать файл ntldr. Если вы видете при попытке загрузить Windows сообщение "NTLDR is missing", то это как раз тот случай, когда файл ntldr отсутствует. Также для нормальной работы ntldr возможно нужны файлы bootfont.bin, ntbootdd.sys, ntdetect.com и правильно написанный boot.ini.

Пример boot.ini

C:\boot.ini

timeout=8
default=C:\gentoo.bin

C:\gentoo.bin="Gentoo Linux"
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(1)\WINDOWS="Windows XP (32-bit)" /fastdetect /NoExecute=OptIn
multi(0)disk(0)rdisk(0)partition(3)\WINDOWS="Windows XP (64-bit)" /fastdetect /usepmtimer

Пример конфигурационного файла grub.conf

#grub.conf generated by anaconda
#
#Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file
#
#NOTICE: You have a /boot partition. This means that
#all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.
#root (hdO.O)
#kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda2
#initrd /initrd-version.img
#boot=/dev/sda default=0 timeout=5
splashimage=(hdO,0)/grub/splash.xpm.gz
hiddenmenu
title Red Hat Enterprise Linux server (2.6.18-53.el 5)
root (hdO.O)
kernel /vmlinuz-2.6.18-53.el5 ro root=LABEL=/ rhgb quiet-
initrd /initrd-2.6.18-53.el5.img

Структура файла lilo.conf

# LILO configuration file generated by "liloconfig"
//Секция описания глобальных параметров
# Start LILO global section
//Место, куда записан Lilo. В данном случае это MBR
boot = /dev/hda
//Сообщение, которое выводится при загрузке
message = /boot/boot_message.txt
//Вывод приглашения
prompt
//Time Out на выбор операционной системы
timeout = 1200
# Override dangerous defaults that rewrite the partition table:
change-rules
reset
# VESA framebuffer console @ 800x600x256
//Выбор видеорежима отображения меню
vga = 771
# End LILO global section
//Секция описания параметров загрузки windows
# DOS bootable partition config begins
other = /dev/hda1
label = Windows98
table = /dev/hda
# DOS bootable partition config ends
//Секция описания параметров загрузки QNX
# QNX bootable partition config begins
//Путь к операцционной системе
other = /dev/hda2
label = QNX
table = /dev/hda
# QNX bootable partition config ends
//Секция описания параметров загрузки Linux
# Linux bootable partition config begins
//Путь к образу ядра
image = /boot/vmlinuz
root = /dev/hda4
label = Slackware
read-only
# Linux bootable partition config ends

2.Наиболее известные файловые системы.

• Advanced Disc Filing System
• AdvFS
• Be File System
• CSI - DOS
• Encrypting File System
• Extended File System
• Second Extended File System
• Third Extended File System
• Fourth Extended File System
• File Allocation Table (FAT)
• Files - 11
• Hierarchical File System
• HFS Plus
• High Perfomance File System (HPFS)
• ISO 9660
• Journaled File System
• Macintosh File System
• MINIX file system
• MicroDOS
• Next3
• New Implementation of a Log-structured F (NILFS)
• Novell Storage Services
• New Technology File System (NTFS)
• Protogon
• ReiserFS
• Smart File System
• Squashfs
• Unix File System
• Universal Disk Format (UDF)
• Veritas File System
• Windows Future Storage (WinFS)
• Write Anywhere File Layout
• Zettabyte File System (ZFS)

3.Основные характеристики файловых систем.

Операционная система предоставляет приложениям набор функций и структур для работы с файлами. Возможности операционной системы накладывают дополнительные ограничения на ограничения файловой системы, к основным ограничениям можно отнести:

Максимальный (минимальный) размер тома;
- Максимальное (минимальное) количество файлов в корневом каталоге;
- Максимальное количество файлов в некорневом каталоге;
- Безопасность на уровне файлов;
- Поддержка длинных имен файлов;
- Самовосстановление;
- Сжатие на уровне файлов;
- Ведение журналов транзакций;

4.Краткое описание наиболее распространенных файловых систем FAT, NTFS, EXT.

Файловая система FAT .

FAT (file allocation table) означает «таблица размещения файлов».
В файловой системе FAT логическое дисковое пространство любого логического диска делится на две области:
- системную область;
- область данных.
Системная область создается при форматировании и обновляется при манипулировании файловой структурой. Область данных содержит файлы и каталоги, подчиненные корневому, и доступна через пользовательский интерфейс. Системная область состоит из следующих компонентов:
- загрузочной записи;
- зарезервированных секторов;
- таблицы размещения файлов (FAT);
- корневого каталога.
Таблица размещения файлов представляет собой карту (образ) области данных, в которой описывается состояние каждого участка области данных. Область данных разбивается на кластеры. Кластер – один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве (только в области данных). В таблице FAT кластеры, принадлежащие одному файлу (некорневому каталогу), связываются в цепочки. Для указания номера кластера в системе управления файлами FAT16 используется 16-битовое слово, следовательно, можно иметь до 65536 кластеров.
Кластер – минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу или некорневому каталогу. Файл или каталог занимает целое число кластеров. Последний кластер при этом может быть задействован не полностью, что приведет к заметной потере дискового пространства при большом размере кластера.
Так как FAT используется при доступе к диску очень интенсивно, она загружается в ОЗУ и находится там максимально долго.
Корневой каталог отличается от обычного каталога тем, что он размещается в фиксированном месте логического диска и имеет фиксированное число элементов. Для каждого файла и каталога в файловой системе хранится информация в соответствии со следующей структурой:
- имя файла или каталога – 11 байт;
- атрибуты файла – 1 байт;
- резервное поле – 1 байт;
- время создания – 3 байта;
- дата создания – 2 байта;
- дата последнего доступа – 2 байта;
- зарезервировано – 2 байта;
- время последней модификации – 2 байта;
- номер начального кластера в FAT – 2 байта;
- размер файла – 4 байта.
Структура системы файлов является иерархической.

Файловая система FAT32.
FAT32 является полностью независимой 32-разрядной файловой системой и содержит многочисленные усовершенствования и дополнения по сравнению с FAT16. Принципиальное отличие FAT32 заключается в более эффективном использовании дискового пространства: FAT32 использует кластеры меньшего размера, что приводит к экономии дискового пространства.
FAT32 может перемещать корневой каталог и использовать резервную копию FAT вместо стандартной. Расширенная загрузочная запись FAT32 позволяет создавать копии критических структур данных, что повышает устойчивость дисков к нарушениям структуры FAT по сравнению с предыдущими версиями. Корневой каталог представляет собой обычную цепочку кластеров, поэтому может находиться в произвольном месте диска, что снимает ограничение на размер корневого каталога.

Файловая система NTFS.
Файловая система NTFS (New Technology File System) содержит ряд значительных усовершенствований и изменений, существенно отличающих ее от других файловых систем. С точки зрения пользователей файлы по-прежнему хранятся в каталогах, но работа на дисках большого объема в NTFS происходит намного эффективнее:
- имеются средства для ограничения доступа к файлам и каталогам;
- введены механизмы, существенно повышающие надежность файловой системы;
- сняты многие ограничения на максимальное количество дисковых секторов и/или кластеров.

Основные характеристики файловой системы NTFS:
- надежность. Высокопроизводительные компьютеры и системы совместного использования должны обладать повышенной надежностью, для этой цели введен механизм транзакций, при котором ведется журналирование файловых операций;
- расширенная функциональность. В NTFS введены новые возможности: усовершенствованная отказоустойчивость, эмуляция других файловых систем, мощная модель безопасности, параллельная обработка потоков данных, создание файловых атрибутов, определенных пользователем;
- поддержка стандарта POSIX. К числу базовых средств относятся необязательное использование имен файлов с учетом регистра, хранение времени последнего обращения к файлу и механизм альтернативных имен, позволяющий ссылаться на один и тот же файл по нескольким именам;
- гибкость. Распределение дискового пространства отличается большой гибкостью: размер кластера может изменяться от 512 байт до 64 Кбайт.
NTFS хорошо работает с большими массивами данных и большими томами. Максимальный размер тома (и файла) – 16 Эбайт. (1 Эбайт равен 2**64 или 16000 млрд. гигабайт.) Количество файлов в корневом и некорневом каталогах не ограничено. Поскольку в основу структуры каталогов NTFS заложена эффективная структура данных, называемая «бинарным деревом», время поиска файлов в NTFS не связано линейной зависимостью с их количеством.
Система NTFS обладает некоторыми средствами для самовосстановления и поддерживает различные механизмы проверки целостности системы, включая ведение журнала транзакций, позволяющий отследить по системному журналу файловые операции записи.
Файловая система NTFS поддерживает объектную модель безопасности и рассматривает все тома, каталоги и файлы как самостоятельные объекты NTFS. Права доступа к томам, каталогам и файлам зависит от учетной записи пользователя и той группы, к которой он принадлежит.
Файловая система NTFS обладает встроенными средствами сжатия, которые можно применять к томам, каталогам и файлам.

Файловая система Ext3.
Файловая система ext3 может поддерживать файлы размером до 1 ТБ. С Linux-ядром 2.4 объём файловой системы ограничен максимальным размером блочного устройства, что составляет 2 терабайта. В Linux 2.6 (для 32-разрядных процессоров) максимальный размер блочных устройств составляет 16 ТБ, однако ext3 поддерживает только до 4 ТБ.
Ext3 имеет хорошую совместимость с NFS и не имеет проблемы с производительностью при дефиците свободного дискового пространства.Еще одно достоинство ext3 происходит из того, что она основана на коде ext2. Дисковый формат ext2 и ext3 идентичен; из этого следует, что при необходимости ext3 filesystem можно монтировать как ext2 без каких либо проблем. И это еще не все. Благодаря факту, что ext2 и ext3 используют идентичные метаданные, имеется возможность оперативного обновления ext2 в ext3.
Надежность Ext3
В дополнение к ext2-compatible, ext3 наследует другие преимущества общего формата metadata. Пользователи ext3 имеют в своем распоряжении годами проверенный fsck tool. Конечно, основная причина перехода на journaling filesystem - отказ от необходимости периодических и долгих проверок непротиворечивости метаданных на диске. Однако "журналирование" не способно защитить от сбоев ядра или повреждения поверхности диска (или кое-чего подобного). В аварийной ситуации вы оцените факт преемственности ext3 от ext2 с ее fsck.
Журнализация в ext3.
Теперь, когда имеется общее понимание проблемы, посмотрим, как ext3 осуществляет journaling. В коде журнализации для ext3 используется специальный API, называемый Journaling Block Device layer или JBD. JBD был разработан для журнализации на любых block device. Ext3 привязана к JBD API. При этом код ext3 filesystem сообщает JBD о необходимости проведения модификации и запрашивает у JBD разрешение на ее проведение. Журналом управляет JBD от имени драйвера ext3 filesystem. Такое соглашение очень удобно, так как JBD развивается как отдельный, универсальный объект и может использоваться в будущем для журналирования в других filesystems.
Защита данных в Ext3
Теперь можно поговорить о том, как ext3 filesystem обеспечивает журнализацию и data, и metadata. Фактически в ext3 имеются два метода гарантирования непротиворечивости.
Первоначально ext3 разрабатывалась для журналирования full data и metadata. В этом режиме (называется "data=journal" mode), JBD журналирует все изменения в filesystem, связанные как с data, так и с metadata. При этом JBD может использовать журнал для отката и восстановления metadata и data. Недостаток "полного" журналирования в достаточно низкой производительности и расходе большого объема дискового пространства под журнал.
Недавно для ext3 был добавлен новый режим журналирования, который сочетает высокую производительность и гарантию непротиворечивости структуры файловой системы после сбоя (как у "обычных" журналируемых файловых систем). Новый режим работы обслуживает только metadata. Однако драйвер ext3 filesystem по-прежнему отслеживает обработку целых блоков данных (если они связаны с модификацией метаданных), и группирует их в отдельный объект, называемый transaction. Транзакция будет завершена только после записи на диск всех данных. "Побочный" эффект такой "грубой" методики (называемой "data=ordered" mode) - ext3 обеспечивает более высокую вероятность сохранности данных (по сравнению с "продвинутыми" журналируемыми файловыми системами) при гарантии непротиворечивости metadata. При этом происходит журналирование изменений только структуры файловой системы. Ext3 использует этот режим по умолчанию.
Ext3 имеет множество преимуществ. Она разработана для максимальной простоты развертывания. Она основана на годами проверенном коде ext2 и получила "по наследству" замечательный fsck tool. Ext3 в первую очередь предназначена для приложений, не имеющих встроенных возможностей по гарантированию сохранности данных. В целом, ext3 - замечательная файловая система и достойное продолжение ext2.Есть еще одна характеристика, положительно отличающая ext3 от остальных journaled filesystems под Linux - высокая надежность.

Файловая система ext4 является достойным эволюционным продолжением системы ext.

Цель урока: Дать представление о файловой системе и объяснить принцип ее работы.

Задачи урока:

Образовательные: познакомить учащихся с поняти ями « файл», «файловые структуры» , закрепить полученные знания;

Развивающие: развивать творческую и мыслительную деятельность учащихся на уроке посредством анализа демонстрационных примеров, способность к обобщению, быстрому переключению, способствовать формированию навыков коллективной и самостоятельной работы, умения чётко и ясно излагать свои мысли;

Воспитательные: способствовать развитию моторной и смысловой памяти, умений анализировать, сравнивать, отбирать теоретический материал, формированию поисковой самостоятельности и коммуникативных качеств учащихся.

Форма организации урока: фронтальная.

Метод проведения урока: словесный, наглядно-демонстрационный.

Тип урока: комбинированный.

Аппаратное обеспечение: мультимедийный проектор, презентация.

План урока:

1. Организационный момент (2 мин).

2. Объяснение нового материала (15 мин).

3. Закрепление нового материала (5 мин).

4. практическая работа (20 мин).

5. Постановка домашнего задания (1 мин).

6. Подведение итогов (2 мин).

Ход урока:

1. Организационный момент: Контроль отсутствующих. Формулировка темы и целей урока.

Сегодня на уроке мы узнаем:

что такое файл;

имя файла;

логические диски;

файловая структура диска;

путь к файлу, полное имя файла.

2. Объяснение нового материала:

Все современные операционные системы обеспечивают создание файловой системы, которая предназначена для хранения данных на дисках в виде файлов и служит для доступа к ним. Известно, что файлы используются для организации и хранения данных на машинных носителях.

Файл (англ. file ) – последовательность числа байтов, обладающая уникальным собственным именем на машинных носителях.

Информация на внешних носителях хранится в виде файлов. Работа с файлами является очень важным видом работы на компьютере. В файлах хранится все: и программное обеспечение, и информация, необходимая для пользователя. С файлами, как с деловыми бумагами, постоянно приходится что-то делать: переписывать их с одного носителя на другой, уничтожать ненужные, создавать новые, разыскивать, переименовывать, раскладывать в том или другом порядке и пр.

Файл – это информация, хранящаяся на внешнем носителе и объединенная общим именем.

Для прояснения смысла этого понятия удобно воспользоваться следующей аналогией: сам носитель информации (диск) подобен книге. Мы говорили о том, что книга – это внешняя память человека, а магнитный диск – внешняя память компьютера. Книга состоит из глав (рассказов, разделов), каждый из которых имеет название. Также и файлы имеют свои названия. Их называют именами файлов. В начале или в конце книги обычно присутствует оглавление – список названий глав. На диске тоже есть такой список-каталог, содержащий имена хранимых файлов. Каталог можно вывести на экран, чтобы узнать, есть ли на данном диске нужный файл.

В каждом файле хранится отдельный информационный объект: документ, статья, числовой массив, программа и пр. Заключенная в файле информация становится активной, т. е. может быть обработана компьютером, только после того, как она будет загружена в оперативную память.

Любому пользователю, работающему на компьютере, приходится иметь дело с файлами. Даже для того, чтобы поиграть в компьютерную игру, нужно узнать, в каком файле хранится ее программа, суметь отыскать этот файл и инициализировать работу программы.

Работа с файлами на компьютере производится с помощью файловой системы. Файловая система – это функциональная часть ОС, обеспечивающая выполнение операций над файлами.

Чтобы найти нужный файл, пользователю должно быть известно: а) какое имя у файла; б) где хранится файл.

Практически во всех операционных системах имя файла составляется из двух частей, разделенных точкой. Например: myprog.pas

Слева от точки находится собственно имя файла (myprog) Следующая за точкой часть имени называется расширением файла (pas). Обычно в именах файлов употребляются латинские буквы и цифры. В большинстве ОС максимальная длина расширения - 3 символа. Кроме того, имя файла может и не иметь расширения. В операционной системе Windows в именах файлов допускается использование русских букв; максимальная длина имени – 256 символов, кроме девяти специальных: \ / : * ? “ < > |.

В именовании можно пользоваться пробелами и точками. А заканчивался файл из трех символов, составляющих так званое расширение.

Расширение файла – хаотичная последовательность символов, добавляемых в конец.

Тип файла

Расширение

Исполняемые программы

exe, com

Текстовые файлы

txt, rtf, doc

Графические файлы

bmp, gif, jpg, png, pds

Web-страницы

htm, html

Звуковые файлы

wav, mp3, midi, kar, ogg

Видео файлы

avi, mpeg

Код (текст) программы на языках программирования

bas, pas, cpp

Расширение указывает, какого рода информация хранится в данном файле.

Инициализация программы происходит путем записи ее в оперативную память и перехода работы процессора к ее исполнению.

На одном компьютере может быть несколько дисководов – устройств работы с дисками. Каждому дисководу присваивается однобуквенное имя (после которого ставится двоеточие), например А:, В:, С:. Часто на персональных компьютерах диск большой емкости, встроенный в системный блок (его называют жестким диском), делят на разделы. Каждый из таких разделов называется логическим диском, и ему присваивается имя С:, D:, Е: и т. д. Имена А: и В: обычно относятся к сменным дискам малого объема – гибким дискам (дискетам). Их тоже можно рассматривать как имена дисков, только логических, каждый из которых полностью занимает реальный (физический) диск. Следовательно, А:, В:, С:, D: – это всё имена логических дисков.

Имя логического диска, содержащего файл, является первой «координатой», определяющей место расположения файла.

Вся совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними называется файловой структурой. Различные ОС могут поддерживать разные организации файловых структур.

Виды файловой структуры:

1) Одноуровневая – последовательность имен файлов, используема для дисков с небольшим количеством файлов. Одноуровневая файловая структура – это простая последовательность файлов. Для отыскания файла на диске достаточно указать лишь имя файла. Например, если файл tetris.ехе находится на диске А:, то его «полный адрес» выглядит так: А:\tetris.ехе

Операционные системы с одноуровневой файловой структурой используются на простейших учебных компьютерах, оснащенных только гибкими дисками.

2) Многоуровневая или иерархическая – древовидная структура, служащая для хранения тысяч файлов.

К функциям обслуживания файловой структуры относятся такие операции (естественно, происходящие в среде какой-либо ОС):

создание файлов

создание каталогов

удаление файлов и каталогов

В операционной системе Windows для обозначения понятия «каталог» используется термин «папка».

Каталог может включать множество подкаталогов, в результате чего на дисках образуются разветвленные файловые структуры.

Организация файлов в виде древовидной структуры называется файловой системой . Принцип организации файловой системы - табличный.
То есть, информация о местонахождении файла на диске хранится в таблице размещения файлов (англ. File Allocation Table, FAT ).

Структура FAT похожа на оглавление книги – операционная система использует ее для быстрого поиска файлов.

Позже была введена FAT32 - усовершенствованная версию FAT. Она могла поддерживать тома, объем которых уже может превышать 2 Гбайт (в отличие от FAT).

Далее появилась более перспективное направление в развитии файловых систем - NTFS ( New Technology File System - файловая система новой технологии), поддерживающая длинные имена файлов и предлагающая надежную систему безопасности данных.

Объем раздела NTFS не ограничен. Также, NTFS экономит место на диске, сжимая его самого, отдельные файлы и каталоги.

В Windows XP применяется и FAT32 и NTFS.

Графическое изображение иерархической файловой структуры называется деревом.

На рис. 2.9 имена каталогов записаны прописными буквами, а файлов – строчными. Здесь в корневом каталоге имеются две папки: IVANOV и РЕТROV и один файл fin.com. Папка IVANOV содержит в себе две вложенные папки PROGS и DАТА. Папка DАТА – пустая; в папке РROGS имеются три файла и т. д. На дереве корневой каталог обычно изображается символом\.

А теперь представьте, что вам нужно найти определенный документ. Для этого надо знать ящик, в котором он находится, а также «путь» к документу внутри ящика: всю последовательность папок, которые нужно открыть, чтобы добраться до искомых бумаг.

Второй координатой, определяющей место положения файла, является путь к файлу на диске. Путь к файлу – это последовательность, состоящая из имен каталогов, начиная от корневого и заканчивая тем, в котором непосредственно хранится файл.

Вот всем знакомая сказочная аналогия понятия «путь к файлу»: «На дубе висит сундук, в сундуке - заяц, в зайце - утка, в утке - яйцо, в яйце - игла, на конце которой смерть Кощеева».

Последовательно записанные имя логического диска, путь к файлу и имя файла составляют полное имя файла.

Если представленная на рис. 2.9 файловая структура хранится на диске С:, то полные имена некоторых входящих в нее файлов в символике операционных систем МS-DOS и Windows выглядят так:

C:\fin.com

C:\IVANOV\PROGS\prog1.pas

C :\ PETROV \ DATA \ task . dat

3. Закрепление нового материала:

1. Что такое файловая система? Файловая система – это функциональная часть ОС, обеспечивающая выполнение операций с файлами.

2. Объясните понятие "файл". Файл – это информация, хранящаяся на внешнем носителе и объединенная общим именем.

3. Какие существуют типы файловых таблиц? FAT , FAT32 и NTFS

4.Что такое расширение файла? Имя файла состоит из собственно имени и расширения. Расширение указывает на тип информации в файле (тип файла).

5. Функции файловой системы.

Создание файлов

Создание каталогов

Переименование файлов и каталогов

Копирование, перемещение файлов

Удаление файлов и каталогов

Навигация по файловой системе (проводник) с целью доступа к определенному файлу

Управление атрибутами (свойствами) файлов (скрытие, только чтение и т.д.)

6. Что такое файловая структура диска? Файловая структура диска – это совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними. Файловые структуры бывают простыми и многоуровневыми (иерархическими).

7. Что такое каталог? Каталог – это поименованная совокупность файлов и подкаталогов (вложенных каталогов). Каталог самого верхнего уровня называется корневым. Он не вложен ни в какие каталоги.

8. Из чего состоит полное имя файла? Полное имя файла состоит из имени диска, пути к файлу на диске и имени файла.

4. Практическая работа. Операции с файлами и папками Windows . (раздаточный материал).

5. Постановка домашнего задания: §2.4 , ответить на вопросы в конце параграфа.

6. Подведение итогов: Выставление отметок за урок.

При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в компактном виде и как обеспечить быстрый и удобный доступ к ним. В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл - это последовательность произвольного числа байтов, обладаю

щая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла.

Все программы и данные хранятся во внешней памяти ПК в виде файлов. Файл - определенное количество информации (программ или данных), имеющее имя и хранящееся в памяти. Имя файла фактически должно нести в себе адресные данные, помогающие обеспечить доступ к данным, хранящимся в файле. Полное имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имени и расширения. Имя дает пользователь, а расширение задается автоматически.

Например, расширения для файлов: исполняемых - .ехе, .сот; текстовых -.txt, .doc; графических - .bmp, .gif, .jpg; звуковых - .wav, .mid; видео - .evi; программных - .bas, .pas, .asm и др.

На каждом диске может храниться большое количество файлов. Файловая структура - иерархическая структура хранения файлов и организации каталогов. Каждый диск разбивается на две области: область хранения файлов и каталог, который содержит название файла и указание на начало его размещения на диске. Каталог - это оглавление. Каталог (директория, папка) - специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, их размеры, время обновления, свойства (рис. 2.4).

Рис. 2.4.

В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы.

Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (подпапки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов, через которые проходит. В качестве разделителя используется символ (обратная косая черта, обратный слэш). Путь - последовательность из имен каталогов или символов, разделенных символом. Путь задает маршрут от текущего или корневого каталога к каталогу, в котором находится нужный файл. Например, C:TextGamesproba.txt - путь, полное имя файла (собственное имя файла с путем доступа к нему).

Все современные дисковые ОС предусматривают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы - табличный.

Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан файл, хранятся в системной области диска. Формат служебных данных определяется конкретной файловой системой. Нарушение целостности служебных данных приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске. К системной области предъявляются особые требования по надежности. Целостность, непротиворечивость и надежность этих данных регулярно контролируется средствами операционной системы. Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен 512 байт. Теоретически возможна самостоятельная адресация для каждого сектора. Но для дисков большого объема такой подход неэффективен, поэтому группы секторов объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, строго не фиксирован. Обычно он зависит от емкости диска.

Операционные системы MS-DOS, OS/2, Windows 95 и др. используют файловую структуру на основе таблиц размещения файлов (FAT-таблицы), состоящих из 16-разрядных полей. Такая файловая система называется FAT 16. Она позволяет разместить в FAT-таблицах не более 65 536 записей (2 16) о местоположении единиц хранения данных. Для дисков объемом от 1 до 2 Гб длина кластера составляет 32 Кб (64 сектора). Это не вполне рациональный расход рабочего пространства, поскольку даже маленький файл полностью оккупирует весь кластер. Для дисков объемом примерно 2 Гб потери, связанные с неэффективностью этой файловой системы, могут составлять от 25 до 40 % полной емкости диска.

Начиная с ОС Windows 98, семейство Windows (Windows Me/ 2000/ХР) поддерживает более совершенную версию файловой системы на основе FAT-таблиц - FAT32 с 32-разрядными полями в таблице размещения файлов. Для дисков размером до 8 Гб эта система обеспечивает размер кластера 4 Кб (8 секторов).

Операционные системы Windows NT и Windows ХР способны поддерживать совершенно другую файловую систему - NTFS. В ней хранение файлов организовано иначе - служебная информация хранится в главной таблице файлов (MFT ). В системе NTFS размер кластера не зависит от размера диска, и потенциально для очень больших дисков эта система должна работать эффективнее, чем FAT32.